Поляризационные очки уменьшают блики на воде, потому что отражённый свет колеблется преимущественно в одном направлении, а специальный фильтр в линзах задерживает значительную часть этих колебаний. Поверхность озера или дороги почти горизонтальна, поэтому отражённый от неё яркий свет часто оказывается горизонтально поляризованным. Вертикально ориентированный фильтр пропускает большую часть окружающего света, но ослабляет этот блик.
Что такое поляризация света
Свет – электромагнитная волна. Её электрическое поле колеблется поперёк направления движения. В обычном солнечном свете направления таких колебаний перемешаны. Когда свет отражается от гладкой неметаллической поверхности, например от воды или стекла, условия отражения зависят от ориентации волны. В отражённом луче остаётся больше колебаний одного направления: свет становится частично поляризованным.
Это не означает, что каждый луч после отражения идеально выстроен. Степень поляризации зависит от угла, под которым свет падает на поверхность, от материала, шероховатости и того, куда смотрит наблюдатель. Вблизи особого угла, называемого углом Брюстера, отражение воды особенно сильно поляризовано. Поэтому при взгляде на водную гладь под некоторыми углами блики кажутся особенно яркими.
Линза поляризационных очков содержит направленный фильтр. Он пропускает свет с колебаниями вдоль своей оси и поглощает либо отражает значительную часть света с перпендикулярной ориентацией. Это похоже на узкие прорези: волна одного направления проходит, другая задерживается. Общее устройство очков и назначение их частей объяснены в статье что такое очки простыми словами.
Почему вода даёт такой заметный блик
Вода часто образует широкую почти горизонтальную поверхность. Отражённые от неё лучи идут к глазам и накладываются на свет от предметов под поверхностью. Человек видит яркое изображение неба и солнца, которое может перекрыть более слабый свет от камней, растений или рыб в воде. Поляризационный фильтр не делает воду прозрачной и не «просвечивает» её, а просто ослабляет один сильный компонент отражения.
Когда отражение становится слабее, на сетчатку поступает относительно больше света от подводных объектов. Поэтому береговой рыболов или водитель может лучше различать детали через поверхность воды или мокрой дороги. Насколько эффект заметен, зависит от положения солнца, направления взгляда, волнения и чистоты воды. Если поверхность сильно рябит, отражения приходят под разными углами, поэтому блики могут оставаться.
Очки обычно гасят не всякое отражение одинаково. Свет от вертикального окна может иметь другую ориентацию, а отражение от металла ведёт себя сложнее. В некоторых ситуациях фильтр уменьшает лишь часть яркости. Если повернуть очки, поляризационная ось меняет положение относительно блика, и поверхность может снова стать ярче. Это можно заметить, вращая поляризационные линзы перед отражением от воды или стекла.
Чем поляризация отличается от затемнения
Обычные солнцезащитные очки в основном уменьшают интенсивность света по всему полю зрения. Поляризационные тоже часто затемняют изображение, но дополнительно отсекают выбранное направление колебаний. Поэтому они особенно эффективны против отражённого света от горизонтальных поверхностей. При этом они не заменяют защиту от ультрафиолета: наличие поляризации и уровень UV-защиты – разные характеристики линз.
Фильтр работает как направленная решётка для световой волны, а не как цветное стекло, которое распознаёт воду. Поэтому он может убрать отражение и с мокрого асфальта, и с капота машины. И наоборот, если блик пришёл под другим углом или был рассеян рябью, линза пропустит часть его яркости.
Внутри помещений поляризационные очки иногда делают экран телефона или навигатора темнее. Многие жидкокристаллические дисплеи тоже используют поляризационные слои. Если направления фильтра в дисплее и очках оказываются почти перпендикулярными, часть света почти не проходит. При наклоне головы яркость экрана может меняться, хотя сам дисплей исправен.
Некоторые автомобили имеют лобовые или задние стёкла с внутренними напряжениями после производства. При взгляде через поляризационные линзы эти напряжения могут проявляться цветными пятнами или полосами. Это оптический эффект и сам по себе не говорит о повреждении стекла. Но водитель должен убедиться, что очки не скрывают показания приборов или опасные участки дороги.
Где такие очки полезны и где эффект слабее
Поляризационные очки удобны у воды, на мокром асфальте и на снегу, где отражённый свет бывает сильным. В горах тёмные очки защищают глаза от яркого света и ультрафиолета; о таких условиях подробнее рассказывает материал о том, почему альпинисты носят тёмные очки. На льду поляризация может уменьшить блеск, но не обязательно поможет различить каждую опасную неровность.
Эффект слабее, если смотреть почти прямо на солнце, если вода сильно взволнована или если отражённый свет приходит с множества направлений. Поляризационный фильтр также не является средством защиты от яркой дуги сварки, лазеров или других интенсивных источников. Для них нужны специальные средства с соответствующим классом защиты.
Обычно блики уменьшаются, но не исчезают полностью. Отражение может оставаться частично неполяризованным, а волны наклоняют локальные поверхности по-разному. Это объясняет, почему одни участки водоёма выглядят почти прозрачными, а другие продолжают ярко блестеть.
Как распознать работу фильтра
Если медленно вращать поляризационные очки, глядя на отражение неба в воде или на глянцевой поверхности, яркость блика изменится. На экране некоторых устройств изображение также темнеет при повороте. Однако такой опыт показывает наличие поляризационного эффекта, а не качество защиты от ультрафиолета. Для оценки UV-защиты нужен соответствующий стандарт и маркировка.
Итак, очки гасят водный блик не потому, что отражение «исчезает» из-за затемнения. Отражение от горизонтальной воды частично выстраивается по поляризации, а линза пропускает преимущественно перпендикулярно ориентированный свет. В результате яркий отблеск ослабевает, и глаз лучше различает детали за поверхностью.
